5G技術(shù)叢書專家委員會(huì)
專家委員會(huì)主任
鄔賀銓：中國(guó)工程院院士，IMT-2020（5G）推進(jìn)組顧問
專家委員會(huì)副主任
劉韻潔：中國(guó)工程院院士，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司
叢書特別顧問
張乃通：中國(guó)工程院院士，哈爾濱工業(yè)大學(xué)
專家委員會(huì)委員
曹淑敏：IMT-2020（5G）推進(jìn)組組長(zhǎng)，中國(guó)信息通信研究院原院長(zhǎng)
張新生：中國(guó)通信學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，未來移動(dòng)通信論壇常務(wù)副理事長(zhǎng)
侯自強(qiáng)（中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所）
王曉云（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司）
畢 奇（中國(guó)電信股份有限公司）
趙先明（中興通訊有限公司）
佟 文（華為技術(shù)有限公司）
陳山枝（大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)）
張 平（北京郵電大學(xué)）
尤肖虎（東南大學(xué)）
李少謙（電子科技大學(xué)）
王 京（清華大學(xué)）
李建東（西安電子科技大學(xué)）

5G技術(shù)叢書編審委員會(huì)
編審委員會(huì)主任
楊 旸（中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）
編審委員會(huì)委員
楊峰義（中國(guó)電信股份有限公司）
王映民（大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)）
陶小峰（北京郵電大學(xué)）
張欽宇（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
金 石（東南大學(xué)）
季新生（解放軍信息工程大學(xué)）
李云洲（清華大學(xué)）
葛曉虎（華中科技大學(xué)）
武 剛（電子科技大學(xué)）
王海明（東南大學(xué)）
徐 景（上海無線通信研究中心）

鄔賀銓院士之序
電子工業(yè)出版社從我國(guó)大力推動(dòng)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT-2020，又稱5G）研究的背景出發(fā)，通過充分調(diào)研和認(rèn)真組織，策劃出版5G技術(shù)叢書，以期及時(shí)總結(jié)、深入分析和充分反映我國(guó)在新的無線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的最新進(jìn)展。叢書將按照5G關(guān)鍵技術(shù)和5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用兩個(gè)層面分成兩卷，關(guān)鍵技術(shù)卷各分冊(cè)主要從理論和技術(shù)層面對(duì)5G關(guān)鍵候選技術(shù)進(jìn)行具體詳實(shí)的分析和介紹，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用卷各分冊(cè)主要從系統(tǒng)和應(yīng)用層面對(duì)5G總體架構(gòu)以及關(guān)鍵方法的評(píng)估和應(yīng)用進(jìn)行深入分析和描述，各分冊(cè)的作者都是國(guó)內(nèi)活躍在相關(guān)研究領(lǐng)域的優(yōu)秀中青年科研工作者，具有較強(qiáng)的理論研究積累和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前又都承擔(dān)了與5G有關(guān)的國(guó)家重大專項(xiàng)和863計(jì)劃等項(xiàng)目。很高興看到這批優(yōu)秀的中青年科研工作者在參與科研工作的同時(shí)，積極參加編寫這套高新技術(shù)叢書。
從出版社和著作者提供的樣書看出，叢書以及每本書的結(jié)構(gòu)都是經(jīng)過仔細(xì)斟酌的，邏輯清晰、內(nèi)容全面、觀點(diǎn)鮮明、創(chuàng)新性強(qiáng)，內(nèi)容充分反映了我國(guó)在新一代移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)探索和技術(shù)開發(fā)中的最新成果，可供國(guó)內(nèi)外的同行參考，將促進(jìn)我國(guó)對(duì)國(guó)際5G標(biāo)準(zhǔn)制定的貢獻(xiàn)。相信本套叢書的出版發(fā)行，將會(huì)推動(dòng)我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
鄔賀銓
2016年8月

劉韻潔院士之序
面向2020年及未來，移動(dòng)通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將邁入第五代移動(dòng)通信（5G）的發(fā)展階段。5G將滿足人們的超高業(yè)務(wù)吞吐量、超高連接數(shù)密度、超高移動(dòng)速度和超可靠低時(shí)延的廣泛應(yīng)用需求，大幅改善提升通信網(wǎng)絡(luò)頻譜效率、能量效率與成本效率，拓展移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。更為重要的是，5G將滲透到物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，全面實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需要。
在2016年7月15日，美國(guó)政府宣布推出4億美元的先進(jìn)無線研究計(jì)劃（Advanced Wireless Research Initiative），由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)牽頭實(shí)施，將部署四個(gè)城市規(guī)模的5G實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，推動(dòng)面向未來無線通信的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究。我國(guó)工信部、發(fā)改委、科技部聯(lián)合成立了IMT-2020推進(jìn)組，匯聚產(chǎn)、學(xué)、研、用各方力量，引領(lǐng)規(guī)劃和重點(diǎn)推動(dòng)5G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，充分支持我國(guó)優(yōu)勢(shì)電信企業(yè)和研究院所在新一代移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中掌控影響力和話語(yǔ)權(quán)。
隨著5G研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作的快速深入展開，急需一套全面論述5G基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用架構(gòu)的系列書籍，電子工業(yè)出版社提前預(yù)見這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和重要產(chǎn)業(yè)需求，有效組織國(guó)家IMT-2020推進(jìn)組、國(guó)家03科技重大專項(xiàng)和國(guó)家863計(jì)劃5G前期研發(fā)項(xiàng)目等的主要承擔(dān)單位和優(yōu)秀科技工作者，成功策劃了這套5G技術(shù)叢書，及時(shí)總結(jié)和深入分析了最新5G技術(shù)的理論基礎(chǔ)、體系架構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試評(píng)估、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)等多個(gè)方面的最新進(jìn)展和研發(fā)挑戰(zhàn)，相信這套叢書的豐富理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驇椭�和培養(yǎng)新一代移動(dòng)通信科技工作者，有效推進(jìn)和鞏固我國(guó)在5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中的領(lǐng)導(dǎo)地位。
劉韻潔
2016年9月

張乃通院士之序
移動(dòng)通信的發(fā)展不僅深刻改變了人們的生活方式，且已成為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升社會(huì)信息化水平的重要引擎。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展是中國(guó)制造2025、互聯(lián)網(wǎng) 戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和保障。當(dāng)前，面向2020年及未來的第五代移動(dòng)通信（5G）已成為全球研發(fā)熱點(diǎn)。為占領(lǐng)信息領(lǐng)域國(guó)際領(lǐng)先地位、掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展話語(yǔ)權(quán)，國(guó)家工信部、發(fā)改委、科技部成立IMT-2020推進(jìn)組，組織我國(guó)產(chǎn)、學(xué)、研、用各方力量，推動(dòng)5G技術(shù)研究，以期在新的無線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定中掌握話語(yǔ)權(quán)和主導(dǎo)權(quán)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，為自主可控的信息網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。目前，我國(guó)的5G研發(fā)工作已走在國(guó)際前列。
電子工業(yè)出版社以此為背景，提出5G技術(shù)叢書的出版計(jì)劃，組織國(guó)家IMT-2020推進(jìn)組的主要參與單位，承擔(dān)或參與國(guó)家863計(jì)劃5G系統(tǒng)研究開發(fā)先期研究重大項(xiàng)目的單位，選擇在國(guó)家重大科技專項(xiàng)中承擔(dān)5G相關(guān)項(xiàng)目研發(fā)工作的中青年科技工作者作為叢書編著團(tuán)隊(duì)，編著這套叢書。叢書分為兩卷：
（1）關(guān)鍵技術(shù)卷，從理論和技術(shù)層面對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面深入的分析，系統(tǒng)總結(jié)近年來我國(guó)在面向IMT-2020（5G）研發(fā)方面所取得的進(jìn)展。
（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用卷，從系統(tǒng)應(yīng)用層面對(duì)5G總體架構(gòu)、傳輸性能評(píng)估和應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述，具有系統(tǒng)創(chuàng)新特色和理論聯(lián)系實(shí)際的效果，符合當(dāng)前開展IMT-2020研究與工程的需求。
IMT-2020推進(jìn)組當(dāng)前為了更加廣泛與深入的開展研發(fā)工作，急需一套從理論技術(shù)到應(yīng)用的叢書，相信本套叢書的豐富內(nèi)容和先進(jìn)成果能夠有效促進(jìn)完成IMT-2020推進(jìn)組的既定目標(biāo)。
張乃通
2016年11月

尤肖虎教授之序
從2009年開始，全球掀起4G建設(shè)熱潮，截至2015年底，全球4G用戶數(shù)已達(dá)到10.5億，中國(guó)4G用戶數(shù)到達(dá)3.86億，4G在網(wǎng)用戶人均月度使用流量突破了200MB，運(yùn)營(yíng)商從原本以語(yǔ)音為主的運(yùn)營(yíng)，逐步轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為主的流量運(yùn)營(yíng)，同時(shí)極大地激活了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。
2012年底，歐盟啟動(dòng)了全球首個(gè)5G研究項(xiàng)目METIS。2013年，國(guó)際電聯(lián)正式啟動(dòng)了5G標(biāo)準(zhǔn)研究工作，開展5G需求、頻譜及技術(shù)趨勢(shì)的研究工作，計(jì)劃2016年完成技術(shù)評(píng)估方法研究，2018年完成IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)征集，2020年最終確定5G標(biāo)準(zhǔn)。 3GPP作為國(guó)際移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化組織，于2015年確定了5G研究計(jì)劃，2016～2017年完成5G技術(shù)方案研究階段，2018～2019年完成5G技術(shù)規(guī)范制定。我國(guó)863計(jì)劃于2014年啟動(dòng)了5G技術(shù)研究項(xiàng)目，系統(tǒng)研究5G領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，包括無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、大規(guī)模天線、超密集無線網(wǎng)絡(luò)、軟基站試驗(yàn)平臺(tái)、無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化、毫米波室內(nèi)無線接入和評(píng)估與測(cè)試驗(yàn)證。與863計(jì)劃5G相銜接，國(guó)家科技重大專項(xiàng)5G相關(guān)研發(fā)課題的目標(biāo)是面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)我國(guó)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開展研發(fā)，由企業(yè)推動(dòng)創(chuàng)新成果納入IMT-2020國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中。進(jìn)一步，我國(guó)已將積極推進(jìn)第五代移動(dòng)通信（5G）和超寬帶關(guān)鍵技術(shù)研究，啟動(dòng)5G商用寫入 十三五規(guī)劃中。
5G的主要應(yīng)用為移動(dòng)寬帶、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，旨在成為未來社會(huì)的信息基礎(chǔ)設(shè)施。5G將引入新型傳輸技術(shù)提高頻譜利用率和支持高頻段使用；同時(shí)以網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）為主要手段，構(gòu)建控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離和控制集中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活編排和部署；通過新型波形、新多址和新幀結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從而為海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供低功耗與深度覆蓋，為工業(yè)無線通信等應(yīng)用提供高可靠低時(shí)延的連接。
本套叢書內(nèi)容涉及5G系統(tǒng)的最新理論研究成果和關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估，具體包括5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無線傳輸、超密集網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模多天線、能效和頻譜優(yōu)化、仿真與測(cè)試等多個(gè)方面的研究成果和技術(shù)趨勢(shì)，作者來自于電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備研制企業(yè)和科研院所，內(nèi)容和視角全面完整，注重理論分析與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，具有很好的時(shí)效性和參考價(jià)值。本叢書適合高等院校通信信息、電子工程及相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生，以及無線通信領(lǐng)域的專業(yè)工程技術(shù)人員。
尤肖虎
2016年9月

前 言
隨著人類社會(huì)信息化的加速，整個(gè)社會(huì)對(duì)信息通信的需求水平明顯提升，可以說信息通信對(duì)人類社會(huì)的價(jià)值和貢獻(xiàn)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通信本身，信息通信將成為維持整個(gè)社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的信息大動(dòng)脈。無線移動(dòng)通信以其使用的廣泛性和接入的便利性，將從人與人之間的溝通拓展到人與物、物與物的一切連接，在未來信息通信系統(tǒng)中承擔(dān)越來越重要的角色。人們對(duì)無線移動(dòng)通信方方面面的需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，這些將對(duì)下一代無線移動(dòng)通信（5G）系統(tǒng)在頻率、技術(shù)和運(yùn)營(yíng)等方面帶來新的挑戰(zhàn)，未來移動(dòng)通信將如何發(fā)展成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)。
2015年6月召開的國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-R WP5D第22次會(huì)議，正式確認(rèn)ITU將命名為5G IMT-2020，并確定了5G的場(chǎng)景、能力和時(shí)間表等重要內(nèi)容，第5代移動(dòng)通信的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化的重要時(shí)期。移動(dòng)通信的跨代演進(jìn)是由業(yè)務(wù)和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的，30多年來，全球移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展到了第4代系統(tǒng)。從業(yè)務(wù)和應(yīng)用的角度看代際演進(jìn)的特點(diǎn)，第1代是語(yǔ)音通信，第2代是語(yǔ)音 文本，第3代是多媒體通信，而現(xiàn)在的第4代則是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。
5G的主要需求和驅(qū)動(dòng)力是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。5G的應(yīng)用場(chǎng)景需求分為三個(gè)場(chǎng)景，